[发明专利]一种宽带收发分置换能器基阵

说明书

本发明公开了一种宽带收发分置换能器基阵，主要包括基阵外壳等，基阵外壳内部安装去耦骨架，基阵外壳底部密封安装基阵尾部端盖与水密接插件，去耦骨架上方安装背衬骨架，去耦骨架内部安装若干纵振换能器单元，背衬骨架上安装若干PVDF单元，纵振换能器单元和PVDF单元的工作面在同平面内紧凑集成，各个单元通过背衬骨架和去耦骨架进行定位和去耦，基阵整体灌封实现水密。本发明将PVDF压电膜的接收面与纵振换能器的辐射面在物理上进行分离，最大限度利用基阵有效孔径并抑制发射单元和接收单元的相互干扰，与原有收发合置换能器基阵相比，在保持高效率辐射声能的基础上，改善了水听器基阵的宽带特性。

技术领域

本发明涉及水声换能器技术的领域，具体涉及一种宽带收发分置换能器基阵。

背景技术

UUV在过去十几年有着广泛的应用，例如海底成像和海事搜救等。声纳系统仍是在海洋中目标探测和定位的主要手段。由于UUV通常空间有限，声纳基阵往往需要足够紧凑来与之相适应。

水声换能器是声纳系统中产生或接收声波信号的重要设备，它的主要功能是实现电能和声能间相互转换。将电能转化为声能辐射到水中的称为发射换能器，而将接收声能转化为电能的称为接收器或水听器。一般情况下，换能器具有互易性，既能用作发射，也能用作接收。

纵振换能器通常具有低频、大功率的特点。该类换能器由压电圆环堆和两端质量块构成，中心通过螺栓施加预应力。头和尾质量块降低了其谐振频率，头质量块附加匹配层可展宽带宽。纵振换能器成阵后的发射性能不仅与其自身结构参数有关，而且与阵元分布、声障材料关系密切。

压电薄膜材料PVDF具备作为大面积水听器阵列的一些优势：高静水压g常数使得其在静水压条件下工作具有较高灵敏度，与陶瓷相比，较低的特性阻抗与水介质匹配好，而且适合用于透声应用。PVDF机械性能好、易弯曲，可实现多种形状成型并适用于共形阵。PVDF水听器阵列的声接收性能受水听器结构、背衬材料以及安装平台特性等多种因素影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种宽带收发分置换能器基阵。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种宽带收发分置换能器基阵，主要包括基阵外壳、PVDF单元、背衬骨架、纵振换能器单元、去耦骨架、基阵尾部端盖、水密接插件、前放电路板，基阵外壳内部安装去耦骨架，基阵外壳底部密封安装基阵尾部端盖，基阵尾部端盖中心密封安装水密接插件，去耦骨架上方安装背衬骨架，去耦骨架内部安装若干纵振换能器单元，去耦骨架上方安装若干前放电路板，背衬骨架上安装若干PVDF单元，纵振换能器单元和PVDF单元的工作面在同平面内紧凑集成，各个单元通过背衬骨架和去耦骨架进行定位和去耦，基阵整体灌封实现水密。

所述基阵外壳为一圆柱壳体，一端面有多个螺钉孔以与基阵尾部端盖紧固安装，另一端面有两段台阶状凹槽以确保在基阵整体灌注时与聚氨酯胶牢固连接。

所述PVDF单元由PVDF薄膜根据设计尺寸裁剪而成，其厚度为0.1mm至0.5mm。

所述背衬骨架为一定厚度的圆板，背衬骨架上在纵振换能器单元辐射面安装位置打通孔，同时背衬骨架在PVDF单元接收面位置开凹槽用于定位，每个凹槽的一角开小圆通孔用于正面电极引线。

所述纵振换能器单元主要由陶瓷片、电极片、导线、前质量块、后质量块、预应力螺杆以及匹配层构成。

所述去耦骨架主要包括发射单元定位槽、发射单元走线槽、前放板定位槽以及接收单元走线槽，发射单元定位槽呈阵列排列，每个发射单元定位槽旁规则设有前放板定位槽和接收单元走线槽，发射单元定位槽内部设有发射单元走线槽。

所述基阵尾部端盖为一定厚度的圆板，其母线方向中部位置沿圆周开槽以放置O型圈从而实现与基阵外壳的水密，基阵尾部端盖后端面沿圆周有若干通孔与基阵外壳的螺孔相对应形成两者间紧固安装，基阵尾部端盖圆心处有一圆柱通孔以安装水密接插件。